Linux设备模型之input子系统详解(一)
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一：前言
在键盘驱动代码分析的笔记中，接触到了input子系统.键盘驱动，键盘驱动将检测到的所有按键都上报给了input子系统。Input子系统是所有I/O设备驱动的中间层，为上层提供了一个统一的界面。例如，在终端系统中，我们不需要去管有多少个键盘，多少个鼠标。它只要从input子系统中去取对应的事件(按键，鼠标移位等)就可以了。今天就对input子系统做一个详尽的分析.
下面的代码是基于linux kernel 2.6.25.分析的代码主要位于kernel2.6.25/drivers/input下面.
二：使用input子系统的例子
在内核自带的文档Documentation/input/input-programming.txt中。有一个使用input子系统的例子，并附带相应的说明。以此为例分析如下：
#include <linux/input.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
static void button_interrupt(int irq, void *dummy, struct pt_regs *fp)
{
input_report_key(&button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);
input_sync(&button_dev);
}
static int __init button_init(void)
{
if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button", NULL)) {
printk(KERN_ERR "button.c: Can't allocate irq %d/n", button_irq);
return -EBUSY;
}
button_dev.evbit[0] = BIT(EV_KEY);
button_dev.keybit[LONG(BTN_0)] = BIT(BTN_0);
input_register_device(&button_dev);
}
static void __exit button_exit(void)
{
input_unregister_device(&button_dev);
free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
}
module_init(button_init);
module_exit(button_exit);
这个示例module代码还是比较简单，在初始化函数里注册了一个中断处理例程。然后注册了一个input device.在中断处理程序里，将接收到的按键上报给input子系统。
文档的作者在之后的分析里又对这个module作了优化。主要是在注册中断处理的时序上。在修改过后的代码里，为input device定义了open函数，在open的时候再去注册中断处理例程。具体的信息请自行参考这篇文档。在资料缺乏的情况下，kernel自带的文档就是剖析kernel相关知识的最好资料.
文档的作者还分析了几个api函数。列举如下：
1):set_bit(EV_KEY, button_dev.evbit);
set_bit(BTN_0, button_dev.keybit);
分别用来设置设备所产生的事件以及上报的按键值。Struct iput_dev中有两个成员，一个是evbit.一个是keybit.分别用表示设备所支持的动作和按键类型。
2): input_register_device(&button_dev);
用来注册一个input device.
3): input_report_key()
用于给上层上报一个按键动作
4): input_sync()
用来告诉上层，本次的事件已经完成了.
5): NBITS(x) - returns the length of a bitfield array in longs for x bits
LONG(x) - returns the index in the array in longs for bit x
BIT(x) - returns the index in a long for bit x
这几个宏在input子系统中经常用到。上面的英文解释已经很清楚了。
三：input设备注册分析.
Input设备注册的接口为：input_register_device()。代码如下：
int input_register_device(struct input_dev *dev)
{
static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0);
struct input_handler *handler;
const char *path;
int error;
__set_bit(EV_SYN, dev->evbit);
/*
* If delay and period are pre-set by the driver, then autorepeating
* is handled by the driver itself and we don't do it in input.c.
*/
init_timer(&dev->timer);
if (!dev->rep[REP_DELAY] && !dev->rep[REP_PERIOD]) {
dev->timer.data = (long) dev;
dev->timer.function = input_repeat_key;
dev->rep[REP_DELAY] = 250;
dev->rep[REP_PERIOD] = 33;
}
在前面的分析中曾分析过。Input_device的evbit表示该设备所支持的事件。在这里将其EV_SYN置位，即所有设备都支持这个事件.如果dev->rep[REP_DELAY]和dev->rep[REP_PERIOD]没有设值，则将其赋默认值。这主要是处理重复按键的.
if (!dev->getkeycode)
dev->getkeycode = input_default_getkeycode;
if (!dev->setkeycode)
dev->setkeycode = input_default_setkeycode;
snprintf(dev->dev.bus_id, sizeof(dev->dev.bus_id),
"input%ld", (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);
error = device_add(&dev->dev);
if (error)
return error;
path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL);
printk(KERN_INFO "input: %s as %s/n",
dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ? path : "N/A");
kfree(path);
error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);
if (error) {
device_del(&dev->dev);
return error;
}
如果input device没有定义getkeycode和setkeycode.则将其赋默认值。还记得在键盘驱动中的分析吗?这两个操作函数就可以用来取键的扫描码和设置键的扫描码。然后调用device_add()将input_dev中封装的device注册到sysfs
list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);
list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
input_attach_handler(dev, handler);
input_wakeup_procfs_readers();
mutex_unlock(&input_mutex);
return 0;
}
这里就是重点了。将input device 挂到input_dev_list链表上.然后，对每一个挂在input_handler_list的handler调用input_attach_handler().在这里的情况有好比设备模型中的device和driver的匹配。所有的input device都挂在input_dev_list链上。所有的handle都挂在input_handler_list上。
看一下这个匹配的详细过程。匹配是在input_attach_handler()中完成的。代码如下：
static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
{
const struct input_device_id *id;
int error;
if (handler->blacklist && input_match_device(handler->blacklist, dev))
return -ENODEV;
id = input_match_device(handler->id_table, dev);
if (!id)
return -ENODEV;
error = handler->connect(handler, dev, id);
if (error && error != -ENODEV)
printk(KERN_ERR
"input: failed to attach handler %s to device %s, "
"error: %d/n",
handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error);
return error;
}
如果handle的blacklist被赋值。要先匹配blacklist中的数据跟dev->id的数据是否匹配。匹配成功过后再来匹配handle->id和dev->id中的数据。如果匹配成功，则调用handler->connect().
来看一下具体的数据匹配过程，这是在input_match_device()中完成的。代码如下：
static const struct input_device_id *input_match_device(const struct input_device_id *id,
struct input_dev *dev)
{
int i;
for (; id->flags || id->driver_info; id++) {
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS)
if (id->bustype != dev->id.bustype)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR)
if (id->vendor != dev->id.vendor)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT)
if (id->product != dev->id.product)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION)
if (id->version != dev->id.version)
continue;
MATCH_BIT(evbit, EV_MAX);
MATCH_BIT(,, KEY_MAX);
MATCH_BIT(relbit, REL_MAX);
MATCH_BIT(absbit, ABS_MAX);
MATCH_BIT(mscbit, MSC_MAX);
MATCH_BIT(ledbit, LED_MAX);
MATCH_BIT(sndbit, SND_MAX);
MATCH_BIT(ffbit, FF_MAX);
MATCH_BIT(swbit, SW_MAX);
return id;
}
return NULL;
}
MATCH_BIT宏的定义如下：
#define MATCH_BIT(bit, max)
for (i = 0; i < BITS_TO_LONGS(max); i++)
if ((id->bit[i] & dev->bit[i]) != id->bit[i])
break;
if (i != BITS_TO_LONGS(max))
continue;
由此看到。在id->flags中定义了要匹配的项。定义INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS。则是要比较input device和input handler的总线类型。INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR，INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT，INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION分别要求设备厂商。设备号和设备版本.
如果id->flags定义的类型匹配成功。或者是id->flags没有定义，就会进入到MATCH_BIT的匹配项了.从MATCH_BIT宏的定义可以看出。只有当iput device和input handler的id成员在evbit, keybit,… swbit项相同才会匹配成功。而且匹配的顺序是从evbit, keybit到swbit.只要有一项不同，就会循环到id中的下一项进行比较.
简而言之,注册input device的过程就是为input device设置默认值，并将其挂以input_dev_list.与挂载在input_handler_list中的handler相匹配。如果匹配成功，就会调用handler的connect函数.
四:handler注册分析
Handler注册的接口如下所示:
int input_register_handler(struct input_handler *handler)
{
struct input_dev *dev;
int retval;
retval = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);
if (retval)
return retval;
INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list);
if (handler->fops != NULL) {
if (input_table[handler->minor >> 5]) {
retval = -EBUSY;
goto out;
}
input_table[handler->minor >> 5] = handler;
}
list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);
list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)
input_attach_handler(dev, handler);
input_wakeup_procfs_readers();
out:
mutex_unlock(&input_mutex);
return retval;
}
handler->minor表示对应input设备节点的次设备号.以handler->minor右移五位做为索引值插入到input_table[ ]中..之后再来分析input_talbe[ ]的作用.
然后将handler挂到input_handler_list中.然后将其与挂在input_dev_list中的input device匹配.这个过程和input device的注册有相似的地方.都是注册到各自的链表,.然后与另外一条链表的对象相匹配.
五:handle的注册
int input_register_handle(struct input_handle *handle)
{
struct input_handler *handler = handle->handler;
struct input_dev *dev = handle->dev;
int error;
/*
* We take dev->mutex here to prevent race with
* input_release_device().
*/
error = mutex_lock_interruptible(&dev->mutex);
if (error)
return error;
list_add_tail_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list);
mutex_unlock(&dev->mutex);
synchronize_rcu();
/*
* Since we are supposed to be called from ->connect()
* which is mutually exclusive with ->disconnect()
* we can't be racing with input_unregister_handle()
* and so separate lock is not needed here.
*/
list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list);
if (handler->start)
handler->start(handle);
return 0;
}
在这个函数里所做的处理其实很简单.将handle挂到所对应input device的h_list链表上.还将handle挂到对应的handler的hlist链表上.如果handler定义了start函数,将调用之.
到这里,我们已经看到了input device, handler和handle是怎么关联起来的了.以图的方式总结如下：
六:event事件的处理
我们在开篇的时候曾以linux kernel文档中自带的代码作分析.提出了几个事件上报的API.这些API其实都是input_event()的封装.代码如下:
void input_event(struct input_dev *dev,
unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
unsigned long flags;
//判断设备是否支持这类事件
if (is_event_supported(type, dev->evbit, EV_MAX)) {
spin_lock_irqsave(&dev->event_lock, flags);
//利用键盘输入来调整随机数产生器
add_input_randomness(type, code, value);
input_handle_event(dev, type, code, value);
spin_unlock_irqrestore(&dev->event_lock, flags);
}
}
首先,先判断设备产生的这个事件是否合法.如果合法,流程转入到input_handle_event()中.
代码如下:
static void input_handle_event(struct input_dev *dev,
unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
int disposition = INPUT_IGNORE_EVENT;
switch (type) {
case EV_SYN:
switch (code) {
case SYN_CONFIG:
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
break;
case SYN_REPORT:
if (!dev->sync) {
dev->sync = 1;
disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
}
break;
}
break;
case EV_KEY:
//判断按键值是否被支持
if (is_event_supported(code, dev->keybit, KEY_MAX) &&
!!test_bit(code, dev->key) != value) {
if (value != 2) {
__change_bit(code, dev->key);
if (value)
input_start_autorepeat(dev, code);
}
disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
}
break;
case EV_SW:
if (is_event_supported(code, dev->swbit, SW_MAX) &&
!!test_bit(code, dev->sw) != value) {
__change_bit(code, dev->sw);
disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
}
break;
case EV_ABS:
if (is_event_supported(code, dev->absbit, ABS_MAX)) {
value = input_defuzz_abs_event(value,
dev->abs[code], dev->absfuzz[code]);
if (dev->abs[code] != value) {
dev->abs[code] = value;
disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
}
}
break;
case EV_REL:
if (is_event_supported(code, dev->relbit, REL_MAX) && value)
disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
break;
case EV_MSC:
if (is_event_supported(code, dev->mscbit, MSC_MAX))
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
break;
case EV_LED:
if (is_event_supported(code, dev->ledbit, LED_MAX) &&
!!test_bit(code, dev->led) != value) {
__change_bit(code, dev->led);
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
}
break;
case EV_SND:
if (is_event_supported(code, dev->sndbit, SND_MAX)) {
if (!!test_bit(code, dev->snd) != !!value)
__change_bit(code, dev->snd);
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
}
break;
case EV_REP:
if (code <= REP_MAX && value >= 0 && dev->rep[code] != value) {
dev->rep[code] = value;
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
}
break;
case EV_FF:
if (value >= 0)
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;
break;
case EV_PWR:
disposition = INPUT_PASS_TO_ALL;